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低压铸造压力设置原理和方法

一、GIMA低压机具有8步加压曲线，但我们在生产轮毂时，一般只要3步就可以：

STEP	1	2	3	4	5	6	7	8
P-Mbar	?????	?????	?????	?????	?????	160	320	700
T-Sec	?????	?????	?????	?????	?????	10	27	35

注意：1、有“？”的表示不用；

2、单确定使用几步时，是用后面的几步来设置，并不是从第一步开始的，否则电脑最后不知道为何值而无法计算；

3、压力单位为毫巴（Mbar）表示“P”，时间单位是秒（S）表示“T”；

二、如何计算各步的压力何时间

1、首先我们知道做轮毂的铝合金液态状况下的密度大约2.5G/CM,水的密度是：1g/cm",也就是说水在1毫巴的压力下可以上升10mm，由此可以得出铝液在1毫巴的压力下可以上升4MM的高度。

2、做轮毂时，加压过程一般分为4步：

1）、升液阶段：铝液自起始位置上升至升液管顶端，速度缓慢利于流动平稳，速度一般控制在16-18Mbar/S.

2)、充型阶段：铝液自升液管顶端至模具行腔顶端，速度一般控制在6-10 Mbar/S.

3）、增压阶段：用于补缩，利于产品铸造致密，速度一般控制在50-70 Mbar/S.

4）、保压阶段：

注意：低压保持炉最高承受压力为1000毫巴，单超过此值，设备报警并自动泄压；

三、如何计算各部压力何时间

1）、升液阶段：

升液管的高度（900）

减液面的总高度（380）和升液管底部到保持炉底部的距离（80）再除以4mm/mbar=150，考虑阻力等原因，取1.1系数，故升液阶段的压力：150*1.1=165mbar

时间：就等于压力除以速度 165/16（18）=10（9）S

2）、充型阶段：

压力：升液管顶端到模具浇口底部的距离（加上）产品轮辋的总高度（除以）4mm/mbar,再（×）阻力因素的系数1.2（1.3）就可以得出压力值。

时间：压力÷速度（6-10）=时间

3）、增压阶段：

增压阶段的压力一般取充型压力的2倍左右，可以根据轮毂的大小何经验，相对来说，在满足条件的情况下该压力越大越好。

4）、保压阶段：

该段压力可以根据轮毂的大小和经验来设置时间。压力值就是增压阶段的最高值。

四、如何设置补偿压力

1）、概念：每做一各工件，保持炉内的液面就会下降，因我们计算的理论时，是根据液面最高的时候来设计的，因此做加压前必须先液面的高度升至理论计算起点。

2)、计算（举例）：

我们可以把保持炉看做近似的圆柱体，到最高液面总重是800KG，可得到每毫米的高度的铝液重量：800KG÷380MM≈2.1KG/MM,假设轮毂毛坯重10KG，侧每做一个轮毂液面下降：10KG÷2.1≈4.76MM，则需要补偿压力为:4.76MM÷4MM/mbar≈1.19mbar.

3)、设置压力阀截面子：

为达到设置的补偿压力（累加值）而要求压力阀开启时的横截面积，一般取50～100m㎡,不要取的太小。

五、如何设置基本压力

1、概要：如果在加铝液时没有将铝液加满，离最高液面的高度H，为使加压前能将液面升至理论计算起始点，必须事先施加一基本压力；

2、计算（举例）：

假设加铝液事液面离最高距离相差100MM，则应设置的基本压力为:100MM÷4mm/mbar≈25mbar,如果加满则基本压力为：0.

注：我建议每次加铝液时加满，而将基本压力设为0，加铝液时一般低于炉口30～50mm即可。

六、如何设置每包铸件数

1、概要：

当设置了每包铸件数后，到时设备会自动提醒需要加入铝液。

注：加入铝液后一定按“清零”按钮，以清楚累加的补偿压力和铸造个数以便重新计算。

2、计算（举例）

因为炉底有许多的铝渣和杂质，故步能将铝液用的过底，以防杂质进入轮毂造成不良品。升液管离炉底的距离为80MM，一般在炉底150MM以下就步要用了，故可以用流出液的重量来计算：

800－150×2.1=485KG，假设轮毂的重量为10KG，则每包铝液可以做轮毂的数量为：485÷10≈48件。

注：每次加满后可以用的铝液为400～500KG，看铝液的品质而定。

这只作为GIMA设备的参考

与德国低压铸造机厂商的交流

低压铸造及其优点

低压金属型铸造法已有60多年的历史，这可以从专利文献了解到，但真正较大的发展是1960年以后的事情。

传统的重力金属型铸造是金属溶液在重力作用下流到金属型中并在正常气压下凝固，而低压铸造是利用相对低的压力（例如：铝溶液大约1.2-1.3巴）把液态金属通过升液管提升到永久型模具并在该压力下凝固，所需要的气压取决于溶池液金属型高度之间的水平差。

金属型铸造法是大多数情况下铸件底部开始凝固，上部最后凝固的铸件通过所加的冒口补缩，而低压金属型铸造法与此相反，铸件从上部开始凝固，然后由上往下到升液管，由下部供给液态金属进行补缩。由于这种凝固方式是由上往下，所以不需要特别的冒口。通过相应地气压和浇口的计算可以任意调节液态金属流入，并且与铸件的横截面相匹配。在上述参数正确选择的情况下，液态金属可以没有涡流地流入到型腔中并且迫使金属型中的气体朝金属型排气孔方向运动。当金属型完全充型之后，压力一直持续到从上部开始的凝固一直到升液管的浇口，然后对金属容器排气，在升液管中存留的金属液流回到保温炉。

低压铸造法的优点如下：

降低生产成本得通过：

	大多数情况下可以省略浇冒口，所以浇冒口的重量比例较小，浇注重量与铸件重量之比较有利
	操作费用较低
	降低了熔炼和保温费用成本
	废品较少
	材料烧损降低。

铸件质量的提高得通过：

	定向凝固而提高了致密度，补缩是在稳定温度的液态金属作用下和在在略微超压作用下进行补缩的，
	由于流程短，金属液流动少涡流，充型速度可调，所以铸造缺陷少
	由于在封闭的炉子系统中（无气体吸收）冶炼情况较好，所以铸件组织无气泡。

提高生产率得通过：

	一个操作员可以同时操作多台设备
	采用一模多件模具
	生产自动化，包括铸件取件。

汽车铝轮毂机械部位特性要求
铝轮毂部位	铸件结构要求	铝材料特性要求
外轮缘区	能量吸收特性	高的抗拉强度
		高的延伸率
轮缘区	受冲击强度特性	静态与动态的材料特性
	能量吸收特性	高的杨氏模数
	轻的重量	密实组织
	气密性
内轮缘区	受冲击强度特性	高的延长范围
	能量吸收特性	高的抗拉强度
		高的延伸率
		高的杨氏模数
轮辐区	负载应变特性	动态的材料特性
轮毂区	受应力特性	机械材料特性

其它优点得通过：

	采用难以浇注的合金
	铸件可调质处理和焊接
	铸件表面可进行处理
	采用机构复杂的砂芯。

低压铸造工艺由于具有以上优点，在大批量生产的汽车工业应用不断增加。

尤其在优质安全结构件（例如：轮毂、行驶部件等）以及发动机结构件（缸体、缸头等），低压铸造法特别受欢迎。

车轮毂各个部位的要求需满足：

冶炼要求

	线要求
	铸件精度
	经济性生产

鉴于上述要求，车轮毂最好采用低压铸造生产。在少数几家的生产厂家，目前也采用重力金属型铸造法生产车轮，但是几乎都转向采用低压铸造法生产。

为了获得优质安全部件所要求的铸造参数，可以连续重复生产，所以与重力金属型铸造相反，低压铸造法特别适宜。

通过下面接着介绍的奇玛低压铸造机，不管在机械方面，还是在铸造工艺方面都可以获得一个验证的过程。

奇玛公司的低压铸造机

容量为800kg电阻加热炉，工作压力为1巴（也可2巴）。为了得到所要求的X射线质量，就某些特定的车轮而言，2巴的炉子压力更适合。在炉子的加热棒之间是陶瓷升液管，升液管的下沿与炉衬的间距大约60mm。当采用一台输送炉通过炉门添加净化和细晶化金属之前，一台炉料可以浇注60至70个车轮（大约10kg个）。

专门研制的陶瓷升液管其使用寿命为大约两个月，无需清理和上涂料。能够保持化学分析的严格要求（不会吸收铁）。

炉子有一个平炉盖，这样中间管子很短。中间管子也是陶瓷的，这样无需对中间管子加热。在维修保养良好的情况下，炉衬的使用寿命大约7年，许多情况下10年仍连续生产。

低压铸造机的操作方便、简单。

操作人员在炉子加料口的对面操作机器。

铸造机向上配备有四根方立空心柱，电气、液压线路内藏在空心柱内。

在操作区域内没有任何线路可碰坏的。

四根平行的导向装置位于上面的平板上。

这样可以消除粉尘、涂料、灼热的影响。

两个举升缸朝上工作，这样不需要下落的保险装置（低压铸造机100%的安全）。此外，在车轮毂浇注完毕后，较大的柱塞面积（即较大的动力）用于铸件起模和开模。（较好的克服铸件在型腔内的包紧力。）

在举升缸之间是个具有定位精调的推出缸，这样顶出器始终可以与车轮轮廓最佳匹配。在精调时，最终位置的限位开关可以自动随动调节，这样最终位置始终保持精确并且不需要重调（举升缸是专门研制的）。

奇玛低压铸造机的整体设计

低压铸造机具有较好的刚性结构，是为了大批量的连续三班制生产而设计的。机器的结构一目了然。

所有阻碍操作员工作的部件都全部排除掉，并布置在不易碰坏的部位。

机器是为寿命长和少故障而结构的。

所有重要辅助装置都可固定在立方连接柱上。

上半模和下半模的冷却装置冷却装置直接装在模具附近，这样管路短，冷却快。

冷却单元都配有流量计和调节阀，这样可以便于调节恒定的冷却功率，而且操作人员可以随时检查。

对于保持恒定模具的热平衡来说这是必备的装置。

取件机械手

在两根后方连接立柱上可装配取件手机械手。（适用以左右两台机器）

取件机械手要小和稳定，并快速移动。取件机械手位置的高度简单可调。

保护栅格

保护栅格可装在四根连接立柱上，便于全自动化生产。

模具的装配与更换

模具的固紧零件的设计可大约在10分内完成模具的卸装工作。

	快速固紧上半模和下半模
	快速套紧顶出器
	快速套紧抽芯器

在拆卸模具运出时和新模具装配时抽芯装置可对新模具的高度和直径进行相匹配。低压铸造机和模具的运用即简单又容易，这是奇玛公司铸造专家专门方便铸工操作设计的。

我本人受过“铸造工艺与材料”工学士的教育，并在一家世界著名的车轮生产公司当过10年的开发部主任和铸造厂长。

我的任务是：

建立一个综合铸造厂
装配铸造成套设备
负责人员培训
制定全部的铸造工序、加工指标和工艺处理
模具设计
全面的铸造工艺包括熔炼、浇注、X射线检验、热处理
负责对意大利、巴林铸造厂与南韩、加拿大许可证合作厂的铸造工艺。

在我负责的工作期间生产过几百万个车轮（也包括摩托车车轮），供应大众汽车公司、宝马公司，标致公司、雷诺公司、雪铁龙公司等等。

我始终注意铸造机械的操作人员要尽可能少犯错误，完成好本职的技术工作，并且使操作工作简单化。

浇注与冷却的电子控制系统BAC

整台低压铸造机的核心

铸件质量和废品率的高低在一定程度上取决于充型。如果设想一下，在炉子中一毫巴的压力推动溶液（铝）在升液管升高约4mm。举例：一个汽车轮毂需用大约50毫巴的压差来进行充型，这样就可以看压差在充型过程中的精度控制和快速的调节。

电子控制装置必须能够补偿或消除以下全部的故障因素：

	炉子气压泄漏；
	供液管路中的压力波动；
	模具中的压力和炉子压力的反比；
	每次浇注后随着金属液的减少，炉内的压力自动补偿等。

浇注电子控制装置须满足以上这些要求，该控制装置已在世界各地安装了250多台（见销售清单）。

浇注控制装置

浇注控制装置可以允许预先给定充型用的八个自由选择等级。对轮毂而言，通常只用三级：

第一级；升液管快速充液

第二级；慢速无涡流充型

第三级；为了更好的补缩，快速增压

整个浇注过程实现电子监控和调节：

	气压泄漏的自动补偿
	下次浇注液面的补偿
	也可采用金属前沿传感器，对压射曲线起始点精准设定（对汽缸头而言）
	每次重现浇注工艺参数
	不受操作人员的影响。

没有恒定的浇注和冷却参数就不可能稳定铸件质量。在保持浇注参数和冷却参数恒定情况下，可以实现高生产率、低废品率。

浇注控制装置用的阀是专门研制的，就为快速接通调节创造了前提条件，此外，控制阀是考虑铸造厂恶劣的工作环境条件而设计的。

冷却控制装置

通过时间或温度以及时间和温度的综合可以最多调节10次冷却循环。

间隔时间调节

停顿一段时间之后，冷却装置工作一定的时间。例如：停顿20秒钟之后，冷却装置工作60秒。

温度调节

超过特定温度，冷却装置工作，低于特定温度，冷却装置断路。例如：超过400 C，冷却装置工作，低于400 C断路。

时间与温度的综合调节

如果温度高400? C时，冷却装置停顿20秒之后工作60秒。低400? 时，冷却装置在间隔时间周期内不工作，在间隔时间周期外也不工作。

铸造工艺参数的设定和重要铸件数据的检测及计算

奇玛集团的另一个技术开发是检测和计算全部重要的浇注数据。

一台检测单元可以最多监控20台低压铸造机器，并且对浇注数据进行储存。

可以记录每台低压铸造机的全部浇注次数，并且可以分析实际浇注参数与事先设定浇注参数的偏差。

同时可以监控低压铸造机的工作时间。此外当在线生产出偏差时，可对有关设备进行临时调节。

这种数据检测在监控生产过程和铸件质量方面明显地减轻了劳动强度。

奇玛公司的电子控制装置和其它牌子机器的配套

奇玛集团的一大特点是“BAC”浇注与冷却电子控制装置可以配备到其它低压铸造机上。在电气柜中备有带阀组的全套浇注控制装置，只需与压缩空气网络压力及浇注炉相连接。

机器的控制装置在机器合模时向Bac控制系统发出一个信号，浇注完毕后机器控制装置得到“浇注结束”的信号。

低压铸造机的工作周期

动模安装平板有意设计小一些与对模具大小匹配。这样机器每次运动的重量减少了而加快了机器运行。同时采用了一个较大的液压装置带动，这样机器的空运行周期时间约在15至20秒内，包括取件和顶出。

由于铸造机的运行加快，浇铸的整个周期时间缩短，这表示生产率提高了。

我本人的全部铸造技术诀窍献给了低压铸造机的设计，致使生产率的提高，废品率的降低。

模具设计与制造

奇玛集团每年最多生产500套汽车轮毂模具，还有其它低压铸造金属型、重力金属型和铸造用的各类金属型。

从幻灯片可以看到94年GIFA上展出的奇玛公司各类金属型的结构。

结束语

可以断定，低压铸造将会在世界各国得到更多的成长。通过以上奇玛低压铸造机(GIMAtec)的新设计介绍，配置浇注冷却电子控制装置表明了奇玛集团对低压铸造机的应用和发展做出了贡献。奇玛集团可向用户提供整套的模具设计、模具制造、低压铸造机和全套铸造工艺。我们将在低压铸造领域上继续发展并向用户提供的信息。最后谢谢大家的全神贯注的听取我的报告。现在可以开始讨论。

徐！！